多因子检测:骨质疏松症
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在“OXFORD SCIENCE BLOG”中,报道在世界范围内,骨质疏松症影响超过2亿人,每年导致890万多骨折,每3秒发生一次骨质疏松性骨折。

骨质疏松症是目前公认的世界上最普遍的骨科疾病,其特征是骨量低,骨组织的微结构退化和骨强度降低。


骨骼:骨骼在人体中起着支撑身体的作用,是人体运动系统的一部分。骨骼约占人体总重量的15%,是人体最大的器官系统之一。传统上,它被认为是一种结构器官,除了为重要器官提供保护外,还为身材和运动提供机械支持。


骨重塑:为了促进这些经典功能并保持骨骼的完整性,骨骼的结构和组成都会不断地重新塑造。骨重塑包括两个不同的过程,破骨细胞去除旧骨或受损骨,随后成骨细胞将其替换为新骨。
该过程在自分泌,旁分泌和内分泌信号的严格控制下,对于骨骼适应机械负荷以及损伤后的修复至关重要。骨骼合成和/或骨骼退化之间的失调是导致许多与骨骼有关的病理学(包括骨质疏松症)的主要原因。


研究要点:
目前对骨质疏松症的研究主要集中在成骨细胞和破骨细胞的分化,调控和平衡上。


成骨细胞
占骨细胞总数的5%,负责I型胶原的合成和矿化基质的沉积,促进骨的形成。成骨细胞最终分化为骨细胞,骨细胞是最丰富的骨骼细胞,占骨细胞总数的90%,嵌入骨基质中。


破骨细胞
起源于骨髓巨噬细胞。破骨细胞是源自单核细胞家族前体的多核细胞。这些细胞的主要功能是降解骨细胞外基质。为了实现此功能,破骨细胞通过专门的整联蛋白(主要是ανβ3)粘附紧密地粘附于骨表面。破骨细胞分泌酸性蛋白酶,包括组织蛋白酶B和K以及基质金属蛋白酶(MMP)-9和-13,它们会降解胶原蛋白。

成骨细胞、骨细胞和破骨细胞分泌的分子以旁分泌的方式相互影响,维持骨形成和骨吸收的平衡。成骨细胞通过表达M-CSF、RANKL和WNT5A激活破骨细胞的形成,并通过RANKL、SEMA3A和WNT16的诱导受体OPG抑制破骨细胞的活性。骨细胞来源的SOST抑制成骨细胞分化并刺激破骨细胞形成。破骨细胞还分泌BMP6、CTHRC1、EFNB2、S1P、WNT10B、SEMA4D、CT-1等偶联因子作用于成骨细胞和骨细胞,从而影响骨形成[1]。

骨代谢
骨代谢包括破骨细胞介导的骨吸收和成骨细胞介导的骨形成,是一个终身发生在松质骨和皮质骨中的过程。骨吸收始于向矿化骨组织募集破骨细胞,导致细胞外微环境酸化。破骨细胞通过产生氢离子溶解羟基磷灰石矿物晶体,通过合成水解酶消化有机骨基质,两者都导致钙从骨组织转移到血液中。
骨髓间充质干细胞(BMMSCs)从血管通道循环向骨表面迁移是骨形成的开始。成骨细胞沉积有机骨基质并调节其矿化,最终分化为骨细胞,嵌入矿化基质腔内。除了破骨细胞、BMMSCs和成骨细胞外,参与骨代谢的骨细胞还有巨噬细胞、骨表面内膜细胞、软骨细胞和骨细胞。

骨骼内的微环境。这张图显示了细胞水平上骨微环境的组成。骨髓间充质干细胞是多能分化为多种细胞类型的细胞,如成骨细胞。成骨细胞是负责骨形成的单核细胞。骨衬细胞是分布在骨表面的扁平细胞,维持着向其他成骨细胞的增殖能力。巨噬细胞是骨组织中破骨细胞和骨髓驻留巨噬细胞的常见前体。破骨细胞是具有骨吸收活性的多核巨细胞。骨细胞是存在于骨陷窝中的支撑骨结构的细胞,同时具有调节破骨细胞和成骨细胞活动的能力。软骨细胞是存在于软骨间质和软骨缺损中的主要软骨细胞类型。所有这些存在于骨内微环境中的细胞类型都与骨内稳态和骨疾病有关[2]。


脂质代谢
已经证明脂质代谢途径的紊乱会不同程度地影响骨细胞,从而影响骨骼疾病的发展。
肥胖与胰岛素(insulin),抵抗素(resistin),胰淀素(amylin)的分泌以及雌激素水平升高有关,而这些激素也是骨骼代谢的关键调节剂。此外,内脏脂肪细胞能分泌脂肪因子,特别是瘦素(leptin),脂联素(adiponectin),和抵抗素(resistin)也可变地影响骨细胞。与体重正常的人相比,肥胖的人骨质疏松症和骨折的发生率增加。

这张图显示了强调受损和/或功能失调的HDL对骨量的影响的分子机制[3]。红色箭头表示积极的影响,蓝色箭头表示消极的影响,绿色箭头表示没有或未定义的影响。缩写:ANXA2: Annexin-2, BM-ADC: bone marrow adipocytes, CLCX12: CXC chemokine ligand 12, Coll: collagen, IL: interleukin, MCP: macrophages, MSC: mesenchymal stem cells, OC: osteocalcin, OCL: osteoclast, OBL: osteoblast,ON: osteonectin,OPN: osteopontin, RANK: receptor activator for nuclear factor k B, RANKL: RANK Ligand, TNFα: tumor necrosis factor alpha.


大脑调控
大脑控制着身体大部分的生理功能,从复杂的认知、学习和记忆,到基础体温、心率和呼吸的调节。大脑也同样影响着骨骼的活动。

大脑调节骨骼内稳态。第一种途径,下丘脑利用内分泌和神经机制与骨骼沟通。内分泌途径包括垂体前叶产生的所有激素,包括肾上腺、甲状腺、性腺和生长轴;以及垂体后叶产生催产素和AVP。这些因素通过目标组织激素的释放直接或间接地影响能量代谢和骨骼。另一种途径,包括调节自主神经系统的活动,包括SNS、PNS和ScNS,激活位于骨细胞上的肾上腺素能和/或胆碱能受体,改变骨形成和骨吸收,以维持骨骼稳态[4]。


多因子检测技术

包括Luminex、MSD、CBA、Antibody Array,一份样本可检测几十种不同的生物分子,可实现高通量、高灵敏度等特点。
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种属 检测技术 检测方向 货号 因子数 检测因子
Human Luminex Bone LX-HBNMAG-51K 13 ACTH,DKK1,FGF-23,IL-1β,IL-6,Insulin,Leptin,Osteocalcin (OC),Osteopontin (OPN),Osteoprotegerin (OPG),PTH,Sclerostin (SOST),TNFα
Human Luminex Bone LX-HRNKLMAG-51K-01 1 RANKL
Mouse Luminex Bone LX-MBNMAG-41K 9 ACTH, DKK-1, FGF-23, IL-6, Insulin, Leptin, Osteoprotegerin, SOST, TNF-α
Rat luminex Bone Metabolism (Serum/Plasma samples) LX-RBN1MAG-31K 8 ACTH,DKK1,FGF-23,Insulin,Leptin,Osteoprotegerin (OPG),PTH,Sclerostin (SOST)
Human MSD Bone LX-K15147C 3 Osteocalcin, Osteonectin, Osteopontin  | Human
Human MSD Bone LX-K15146C 3 ALP, Osteoprotegerin, Sclerostin | Human
Human MSD Bone LX-K151HEC 1 ALP | Human
Human MSD Bone LX-K151HHC 1 Osteocalcin | Human
Human MSD Bone LX-K151HIC 1 Osteonectin | Human
Human MSD Bone LX-K151HJC 1 Osteopontin | Human
Human MSD Bone LX-K151HGC 1 Sclerostin | Human
Human MSD Bone LX-K151HFC 1 Osteoprotegerin | Human

参考文献
[1]Paracrine and endocrine actions of bone—the functions of secretory proteins from osteoblasts, osteocytes, and osteoclasts.
[2] Therapeutic potentials and modulatory mechanisms of fatty acids in bone.
[3] High-Density Lipoprotein (HDL) metabolism and bone mass.
[4] Brain to bone: what is the contribution of the brain to skeletal homeostasis?

 

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